前言可編程控制器（PLC）作為工業(yè)自動(dòng)化的核心控制設(shè)備，其編程與應(yīng)用能力是自動(dòng)化相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生及工程技術(shù)人員的必備技能。本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)通過(guò)典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，幫助讀者掌握PLC硬件接線、程序設(shè)計(jì)、調(diào)試優(yōu)化等實(shí)操技能，為工業(yè)控制領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)系列實(shí)驗(yàn)，達(dá)成以下目標(biāo)：1.熟悉PLC硬件結(jié)構(gòu)（輸入/輸出模塊、電源、通信接口等）及選型邏輯；3.運(yùn)用梯形圖、指令表等編程語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)自鎖互鎖、時(shí)序控制、計(jì)數(shù)邏輯、通信交互等典型工業(yè)控制功能；4.具備PLC系統(tǒng)故障排查與優(yōu)化調(diào)試的能力。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備清單1.PLC主機(jī)：西門(mén)子S7-200系列（或三菱FX系列）PLC控制器1臺(tái)；2.編程設(shè)備：安裝編程軟件的計(jì)算機(jī)1臺(tái)，編程電纜（如PC/PPI、USB-SC09）1根；3.外圍設(shè)備：輸入設(shè)備：按鈕（常開(kāi)/常閉）、旋鈕開(kāi)關(guān)、光電傳感器（可選）若干；輸出設(shè)備：LED指示燈、小型繼電器、接觸器（模擬負(fù)載）若干；4.輔助工具：實(shí)驗(yàn)臺(tái)（含電源、接線端子排）、萬(wàn)用表、螺絲刀等。三、實(shí)驗(yàn)原理概述PLC采用循環(huán)掃描工作方式，完整掃描周期分為“輸入采樣→程序執(zhí)行→輸出刷新”三個(gè)階段：輸入采樣：PLC讀取所有輸入端子的當(dāng)前狀態(tài)，存入輸入映像寄存器；程序執(zhí)行：按梯形圖（或指令表）邏輯，從左至右、從上到下掃描程序，更新中間變量與輸出映像寄存器；輸出刷新：將輸出映像寄存器的結(jié)果同步到物理輸出端子，驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。編程語(yǔ)言以梯形圖（LAD）為主，核心元素包括：觸點(diǎn)：常開(kāi)（NO）、常閉（NC），模擬繼電器觸點(diǎn)的通斷；線圈：輸出線圈（Q）、中間繼電器（M）、定時(shí)器（T）、計(jì)數(shù)器（C）等，模擬繼電器線圈的得電/失電；功能塊：如定時(shí)器（TON：通電延時(shí)、TOF：斷電延時(shí)）、計(jì)數(shù)器（CTU：加計(jì)數(shù)）等，實(shí)現(xiàn)時(shí)序與計(jì)數(shù)邏輯。四、典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及操作步驟實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1：基本邏輯控制（自鎖與互鎖）實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誔LC輸入/輸出接線規(guī)范，實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)/停止（自鎖）與正反轉(zhuǎn)（互鎖）的邏輯控制。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過(guò)按鈕控制“電機(jī)”（用LED模擬）的啟動(dòng)、停止，及正反轉(zhuǎn)切換（需防止短路）。操作步驟1.硬件接線設(shè)計(jì)：輸入側(cè)：?jiǎn)?dòng)按鈕（SB1）接I0.0（常開(kāi)），停止按鈕（SB2）接I0.1（常閉），正轉(zhuǎn)按鈕（SB3）接I0.2，反轉(zhuǎn)按鈕（SB4）接I0.3；輸出側(cè)：正轉(zhuǎn)“電機(jī)”（LED1）接Q0.0，反轉(zhuǎn)“電機(jī)”（LED2）接Q0.1；電源：PLC輸入電源（L+/M）、輸出負(fù)載電源（根據(jù)LED額定電壓選擇DC24V或AC220V）。2.程序設(shè)計(jì)（梯形圖）：自鎖邏輯：?jiǎn)?dòng)按鈕（I0.0）、停止按鈕（I0.1常閉）、輸出線圈（Q0.0）的自鎖觸點(diǎn)（Q0.0常開(kāi)）串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)“按下啟動(dòng)保持運(yùn)行，按下停止斷開(kāi)”；互鎖邏輯：正轉(zhuǎn)線圈（Q0.0）的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在反轉(zhuǎn)線圈（Q0.1）回路中，反之亦然，防止正反轉(zhuǎn)同時(shí)得電。打開(kāi)編程軟件，新建項(xiàng)目，輸入梯形圖程序，檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤；切換至“RUN”模式，按下啟動(dòng)按鈕，觀察LED1是否常亮；按下停止，LED1是否熄滅；測(cè)試正反轉(zhuǎn)：按下正轉(zhuǎn)按鈕，LED1亮；按下反轉(zhuǎn)按鈕，LED1滅、LED2亮（需先按停止或利用互鎖自動(dòng)切換）。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2：定時(shí)器與計(jì)數(shù)器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆斩〞r(shí)器（TON/TOF）與計(jì)數(shù)器（CTU）的編程邏輯，實(shí)現(xiàn)閃爍電路與計(jì)數(shù)控制。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.用TON定時(shí)器控制LED以2秒周期閃爍（亮1秒、滅1秒）；2.用CTU計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)按鈕按下次數(shù)，達(dá)到5次后觸發(fā)另一個(gè)LED點(diǎn)亮。操作步驟1.硬件接線：閃爍LED（LED1）接Q0.0，計(jì)數(shù)觸發(fā)按鈕（SB1）接I0.0，計(jì)數(shù)完成LED（LED2）接Q0.1；定時(shí)器與計(jì)數(shù)器為內(nèi)部邏輯，無(wú)需額外接線（電源與PLC主機(jī)保持連接）。2.程序設(shè)計(jì)：閃爍邏輯：TON定時(shí)器（T37）預(yù)設(shè)值設(shè)為10（假設(shè)時(shí)基100ms，即1秒），其常開(kāi)觸點(diǎn)控制Q0.0的通斷，同時(shí)T37的觸點(diǎn)再控制自身復(fù)位（形成振蕩電路）；計(jì)數(shù)邏輯：CTU計(jì)數(shù)器（C1）計(jì)數(shù)輸入為I0.0的上升沿（按鈕按下），預(yù)設(shè)值設(shè)為5，當(dāng)C1當(dāng)前值達(dá)到5時(shí)，Q0.1置位。3.調(diào)試驗(yàn)證：按下SB1，觀察C1當(dāng)前值變化，當(dāng)?shù)?次按下時(shí)，LED2是否點(diǎn)亮；若需重置，可添加復(fù)位按鈕（接I0.1），觸發(fā)C1復(fù)位。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3：步進(jìn)順序控制（交通燈模擬）實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆詹竭M(jìn)指令（SCR）或順序功能圖（SFC），實(shí)現(xiàn)多步時(shí)序控制（以交通燈為例）。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容模擬十字路口交通燈：紅燈亮30秒→紅燈+黃燈亮5秒→綠燈亮25秒→綠燈+黃燈亮5秒→循環(huán)。操作步驟1.時(shí)序分析：將控制過(guò)程分解為4個(gè)“步”（S0.0-S0.3），每步由定時(shí)器觸發(fā)切換。2.硬件接線：紅燈（LED1）接Q0.0，黃燈（LED2）接Q0.1，綠燈（LED3）接Q0.2；交通燈電源與PLC輸出模塊對(duì)應(yīng)端口連接。3.程序設(shè)計(jì)（SCR指令）：步S0.0（紅燈亮）：?jiǎn)?dòng)SCR段，Q0.0置位，TON定時(shí)器（T37）預(yù)設(shè)30秒，時(shí)間到觸發(fā)S0.1；步S0.1（紅燈+黃燈亮）：Q0.0、Q0.1置位，TON定時(shí)器（T38）預(yù)設(shè)5秒，時(shí)間到觸發(fā)S0.2；步S0.2（綠燈亮）：Q0.2置位，TON定時(shí)器（T39）預(yù)設(shè)25秒，時(shí)間到觸發(fā)S0.3；步S0.3（綠燈+黃燈亮）：Q0.2、Q0.1置位，TON定時(shí)器（T40）預(yù)設(shè)5秒，時(shí)間到觸發(fā)S0.0，形成循環(huán)。4.調(diào)試優(yōu)化：可添加“急?！卑粹o（接I0.0），觸發(fā)所有步復(fù)位，交通燈全滅。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4：PLC通信實(shí)驗(yàn)（MODBUS協(xié)議）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模蛇x）了解PLC通信原理，實(shí)現(xiàn)PLC與觸摸屏（或從站PLC）的數(shù)據(jù)交換。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容PLC作為主站，通過(guò)MODBUS-RTU協(xié)議讀取從站設(shè)備（如另一臺(tái)PLC或智能儀表）的寄存器數(shù)據(jù)，并在觸摸屏上顯示。操作步驟1.硬件連接：主從設(shè)備通過(guò)RS485總線連接（A/A、B/B對(duì)接），終端電阻（120Ω）接在總線兩端；編程電纜連接主PLC與計(jì)算機(jī)。2.參數(shù)配置：主PLC：在編程軟件中設(shè)置通信端口（如PORT0）的波特率（9600）、數(shù)據(jù)位（8）、停止位（1）、校驗(yàn)（無(wú)），從站地址（如1）；從站設(shè)備：設(shè)置相同通信參數(shù)，定義寄存器地址（如____存儲(chǔ)溫度值）。3.程序編寫(xiě)：主PLC：調(diào)用MODBUS庫(kù)指令（如MBUS_MSG），設(shè)置“讀”操作，從站地址1，讀取寄存器____，存儲(chǔ)到V區(qū)變量；觸摸屏：配置通信參數(shù)，關(guān)聯(lián)V區(qū)變量，設(shè)計(jì)畫(huà)面顯示讀取的數(shù)值。4.通信調(diào)試：若通信失敗，排查：總線接線（A/B是否反接）、地址/波特率不匹配、終端電阻未接等。五、實(shí)驗(yàn)安全與操作規(guī)范1.電氣安全：接線前必須斷電，使用萬(wàn)用表確認(rèn)電路無(wú)電壓；輸出負(fù)載（如接觸器）需接空開(kāi)保護(hù)，防止短路損壞PLC；人體與工具避免同時(shí)接觸電源兩極，防止觸電。2.編程規(guī)范：程序需添加注釋?zhuān)ㄈ纭?-電機(jī)正轉(zhuǎn)自鎖回路”），變量命名清晰（如“Motor_Forward”）；3.設(shè)備保護(hù)：PLC運(yùn)行時(shí)，禁止插拔I/O模塊或通信電纜；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉PLC電源，整理接線（拆除負(fù)載端接線，保留電源與編程線）。六、常見(jiàn)故障排查1.硬件故障電源異常：PLC電源指示燈不亮→檢查L(zhǎng)+/M接線是否松動(dòng)，保險(xiǎn)絲是否熔斷；輸入無(wú)響應(yīng)：按鈕按下但輸入映像寄存器無(wú)變化→檢查按鈕接線（常開(kāi)/常閉是否接反）、PLC輸入模塊是否損壞；輸出無(wú)動(dòng)作：程序邏輯正確但負(fù)載不工作→檢查輸出接線（線圈電壓與電源是否匹配）、繼電器/接觸器是否損壞。2.軟件故障邏輯錯(cuò)誤：輸出與預(yù)期不符→使用編程軟件的“狀態(tài)監(jiān)控”功能，觀察觸點(diǎn)狀態(tài)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器當(dāng)前值，逐步排查（如自鎖觸點(diǎn)是否遺漏、互鎖邏輯是否反向）。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告需包含以下內(nèi)容，體現(xiàn)實(shí)踐思考與總結(jié)：1.實(shí)驗(yàn)概述：目的、設(shè)備、原理的簡(jiǎn)要說(shuō)明；2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程：含硬件接線圖（手繪或